SCARA机械臂小臂仿生筋板结构设计研究

为了进一步提高SCARA机器人小臂的刚度及达到小臂结构轻量化的目的,在研究轻质、高刚度生物体结构的基础上,通过Pro/E三维软件设计出SCARA机械臂小臂的筋板仿生结构,并运用ANSYS Workbench对小臂进行静力学分析和模态分析,得到最优的筋板仿生Ⅱ型模型。仿真结果表明:基于茎秆和叶脉的混合仿生型筋板结构比刚度效能和一阶固有频率都有所提高,静动态性能得到改善。然后利用重复定位精度、绝对定位精度与小臂刚度的关系进行了试验验证,结果显示筋板仿生Ⅱ型动静态性能有所改善。     

机床结构件轻量化设计的研究现状与进展

随着高速加工技术的发展,机床结构件的轻量化成为保证加工精度和高速度的必然要求.现多集中于结构件的筋板设计,如优化结构参数、改进结构形式和替换传统材料等,并广泛采用计算机仿真建模、分析软件.此外,轻质高效的生物结构也逐渐被应用于机床结构件的仿生设计、改进中,并取得了一定的轻量化效果,为一般机械结构的轻量化设计提供了参考.     

结构仿生设计方法及其在机械领域中的应用

自然界中轻质高效的生物体结构是人类技术改进的灵感源泉,特别是生物体优异的结构、性能对工程技术的革新有借鉴意义。论文重点研究了结构仿生的研究方法及流程,分析了结构仿生在机械工程领域中的典型应用及进展,总结了结构仿生在机械领域应用中的发现问题,并展望了结构仿生的发展前景。     

基于有限元的加工中心工作台筋板的仿生优化

仿照小麦、水稻等作物茎杆的结构对加工中心工作台的筋板进行了重新设计,并应用ANSYS软件的优化模块对筋板结构参数进行了优化;对原有模型和仿生的改进型做了在相同条件下的静力分析和模态分析;结果显示,后者在性能上比前者更好;改进型的筋板总体积相比原模型的筋板总体积大幅减小。     

五轴数控机床床身的全植物叶片结构仿生设计

为了提高机床的强度与刚度，使它具有良好的动静态特性。基于叶片褶皱稳定结构及叶脉分布结构的特点，建立叶片褶皱及叶脉的力学模型。以五轴数控机床的床身构件为研究对象，在SolidWorks环境下对床身构件进行全叶片的数字化仿生设计，通过Workbench对床身构件进行动静态特性分析。研究结果表明:仿生设计床身与原床身相比，比刚度效能提高14.39%，等效应力降低15.7%，质量减少2.17%，改善了床身动静态性能，实现了机床结构的仿生轻量化设计。     

横梁筋板的结构仿生设计及优化

结合Workbench有限元分析软件,基于对乌龟壳的结构仿生,设计了一种拱形与纵横筋板相结合的新型横梁筋板结构。通过无筋板横梁的应力分布云图和对乌龟壳的结构仿生确定横梁筋板结构;通过拓扑优化技术去除横梁结构的冗余质量;筋板结构确定后,通过优化技术,以横梁的形变量、质量及固有频率作为性能指标,对横梁的关键尺寸进行灵敏度分析,以达到优化横梁的目的。优化后的新型筋板结构横梁与原型横梁相比在性能有了明显的提升。     

基于正交试验与APDL的液压机结构优化

基于框架式液压机结构的有限元分析模型,首先根据ANSYS Workbench分析确定床身轻量化优化对象为各类筋板,并且借助正交试验法初步确定了立柱筋板的布局,进而采用APDL参数化模型优化了6种主要筋板的厚度及立柱筋板间距,最后通过仿真验证了模型改进后的设计性能,发现最大位移和最大应力有所降低,床身质量减少了1701....     

基于灵敏度分析的电火花机平滑枕结构设计

牛头式电火花机床的平滑枕是机床的主要运动部件,对加工精度有着重要影响。以灵敏度分析为基础,对滑枕的结构设计参数和筋板结构分别进行了轻量化和仿生设计。基于有限元分析法,计算出不同设计参数变化时滑枕质量和刚度的变化规律。结果表明:滑枕质量减轻了80.31 kg(7.96%),最大形变量减少2.89μm(12.54%),比刚度提高了33.8%,从整体提高了机床的动静态特性。     

DVG850高速立式加工中心复合筋工作台系统的静动态特性分析

为了提高高速加工中心工作台系统的静刚度,提出复合筋板工作台结构,并对其进行静动态特性分析.根据静力学分析结果,提出改变工作台筋板尺寸的优化方案,得出厚度为15 mm的筋板其静态性能较佳的结论,并且使工作台系统的质量减少了23.2 kg;根据动力学分析结果,得出其结构的动刚度不足、抗振性能不能满足结构设计需要的结论,为同类问题的结构改进提供理论依据.     

重型立式车床工作台筋板优化设计

为提升车床的静动态特性,提出一种新的筋板设计方法。该方法结合了拓扑优化以及尺寸优化,以变密度拓扑优化方法为基础,构建工作台模型;按照建立的优化模型,对筋板结构、布局进行全面规划设计;对新设计结构进行仿真和试验。结果表明:工作台底座的1阶固有频率提高了7.59%,质量减少了8.73%;前3阶固有频率增加了约8%,验证了该筋板设计方法的有效性。     

机床主轴的仿生设计

基于对稻麦秸秆空心结构的仿生,提出了主轴的仿生空心结构设计.计算结果表明,当空心轴的壁厚约为其外径的2/7时,其主轴的抗扭、抗弯性能最好,而且使用的材料最少;对于阶梯轴或圆锥轴,可按其当量光轴直径来设计空心轴壁厚.另外,计算分析了滚动轴承的刚度,认为一定预紧力与定压预紧方式有益于提高主轴刚度.     

STUDY ON THE PREDICTIVE METHOD OF BUCKLING DEFORMATIONS OF THIN-PLATE WELDED STRUCTURES

1.IntroductionBucklingdistortionsduringweldingareanimportantproblemthatshouldberesolVedintheacctiratelymanufactdringprocessoflarge--scalethin--Platedstmctures.Thoughmuchprogresshasbeenmadeinthenumericalsimulationofweldingstressandd.fo~i..['J,thereareafewinvestigationsrelatedtothenumericalanalysisofbucklingdistortioninthinPlateweldedstmctures.Thisproblemofweldingbucklingdistortionisdifferentfromthecalculationofconventionalweldingthermalelastic--plasticstressandstrainproblems,itinvolVesinlarge…     

基于凸轮传动的仿生水母机器人设计

在目前已有的仿生水母机器人研究中,针对机器人在体积、应急能力、运动性能等方面的研究相对较少。为对上述方面展开进一步研究,设计一种仿生水母机器人。该仿生水母机器人使用凸轮作为动力传输的主要零件,依靠仿生触手挤压水流产生推力,提高了仿生水母机器人的运动性能。同时内部传动结构依靠单一凸轮进行传动,减小了仿生水母机器人的体积,使得机器人具备更多空间搭载附加单元。附加单元包括分离脱落结构与气囊等,可增强机器人面对复杂水下情况的应急能力。建立仿生水母机器人舒张与收缩的时间函数,输入相应设计参数后得到时间的理论计算值。最后制作仿生水母机器人样机测量其体积的大小,进行空载实验及水下实验,以验证所设计的仿生水母机器人体积更小且具备应急能力和更好的运动性能。     

仿生通孔形活塞裙部耐磨性能研究

目的为了减少发动机活塞裙部磨损,提高裙部耐磨性。方法基于仿生非光滑理论,以蚯蚓体表形态为仿生原形,在LX-2V型发动机活塞裙部设计出以孔的直径、每行孔间距、孔沿圆周角度为参数的仿生通孔形结构。采用正交设计方案对不同参数的仿生通孔形活塞进行有限元热结构耦合分析。以裙部最大变形量、裙部变形范围、裙部对称中心线上点与一侧点的应力差值作为评价活塞裙部耐磨性的标准,优选出模拟分析中耐磨性能良好的三个仿生活塞,并与标准活塞同时进行发动机台架磨损试验。结果合理的仿生通孔形结构可以有效减少活塞裙部磨损,提高裙部耐磨性。相对于标准活塞,当仿生活塞孔的直径为5 mm、每行孔的间距为6.5 mm、孔沿圆周角度为16°时,其耐磨性最大提高49%。结论过小的裙部最大变形量、过大的裙部变形范围,均不利于活塞裙部与缸套之间油膜的形成与保持,从而使活塞裙部磨损加剧。结合活塞裙部粗糙度值分析可知,合理的仿生通孔形结构可以优化裙部表面所受摩擦力,是进一步降低活塞裙部所受磨损的重要原因。     

Friction stir welding of ribbed panels of aircraft airframes

The results of analysis of ribbed panels used in airframe structures and production experience in the fabrication of airframes by welding ribbed panels to plating by continuous penetration of the plating are used to select the design of experimental ribbed panels of 1561 aluminium alloys for developing production technology. Assembling–welding equipment is constructed and a special tool is used for friction stir welding of T-joints of the ribs with the plating of the panel by continuous penetration of the welding tool into the panel. The welding conditions are determined and experimental full-size ribbed panels are welded.     

一种新型仿生骨小梁的摩擦系数

研究了一种新型仿生骨小梁结构的植入物的摩擦系数,该新型骨小梁结构采用Ti-6Al-4V合金粉末进行3D打印制备。从牛骨中取皮质骨和松质骨作为摩擦配副。从2种结构的起始接触角测试结果可知,仿生结构的接触角（87.7°）要比均匀骨小梁结构的接触角（96.9°）小一些,说明其表面润湿性相对较好。对于均匀骨小梁结构而言,其平均摩擦系数在0.71~0.82之间,明显低于仿生骨小梁结构的摩擦系数（0.82~0.99）。均匀骨小梁结构的最大静摩擦系数为0.99~1.26,而仿生骨小梁结构的最大静摩擦系数为1.52~1.96。仿生骨小梁的最大静摩擦系数1.96是在加载为10 N,摩擦配副为皮质骨时获得的。结果表明,新型仿生骨小梁结构的摩擦系数明显高于均匀骨小梁结构。因此,新型仿生骨小梁结构可以在骨-种植体界面提供足够的摩擦力,从而实现植入物初步稳定性。     

基于数字散斑相关法的蜂窝板拉伸力学性能测试

作为金属热防护系统的重要组成部分,金属蜂窝夹芯板的性能和结构可靠性关系到使用寿命。本研究采用数字散斑相关技术和时间序列散斑检测技术,对蜂窝夹芯板共面拉伸性能进行试验研究,测得共面拉伸弹性模量,与利用等刚度法计算得到的蜂窝夹芯板的等效弹性模量进行对比,结果吻合较好,验证了数字散斑相关技术的有效性和实用性。